La chimie en solution aqueuse
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pH = 14 – pOH = 14 + log CbRemarque : En présence d’un mélange de bases, c’est la base la plus forte qui impose la concentration en OH- et donc son pH. II-2-3 Les solutions « Tampon » Un tampon est un mélange d’un acide faible et de sa base conjuguée. Ce mélange résiste aux variations imposées à la solution. Chaque fois qu'un acide faible est titré par une base, il se forme une solution tampon. Les tampons sont utiles dans tous les types de réaction où l’on désire maintenir le pH à une valeur constante prédéterminée. Le pH d’une solution tampon «acido-basique» est peu sensible à l’addition de petites quantités d’acide ou de base. Ce type de solution est obtenu en mélangeant un acide avec sa base conjuguée. Le pH est donné par : pH = pKa+ log [B] / [A] (1) Le pH d'une solution est déterminé par le pKa de l'acide présent ainsi que par le rapport des concentrations de l'acide et de sa base conjuguée. Il est indépendant de la dilution. Le rapport des concentrations est le seul à déterminer le pH. D’après l’équation (1), il est très facile de suivre l’évolution du pH d’une solution tampon en fonction du rapport [B] / [A]. Le pH varie peu avec les fluctuations du rapport [B] / [A] comme le montre l’exemple du mélange tampon phosphate monosodique - phosphate disodique :  H2PO4- + H2O HPO42- + H3O+ (pKa = 7,2)Si à un tel mélange équimolaire de pH =7,2, on ajoute de l’acide chlorhydrique jusqu’à la concentration de 0,1 M, le pH devient : pH = 7,2 + log [HPO42- ] / [H2PO4-] = 7,2 + log (1- 0,1) / (1 + 0,1) = 7,1 Si on dissout 0,1 mole d’acide fort (acide HCl) dans un litre d’eau pure, alors le pH passe de 7 à 1. En réalisant la même opération non plus dans un litre d’eau, mais dans un litre de solution aqueuse d’acide acétique (CH3COOH) à 1 mole.L-1 et d’acétate de sodium (CH3COO- Na+) à 1 mole.L-1, le pH passe de 4,75 à 4,66. La dilution de cette solution d’acide faible et de sa base conjuguée dans un litre d’eau pure, n’entraîne pas de variation de pH. Cette limitation des variations de pH s’appelle « l’effet Tampon ». La loi de Le Châtelier (vue au paragraphe I-4) explique un tel phénomène. L’ajout d’un acide fort perturbe l’équilibre acido-basique de l’acide faible et de sa base conjuguée. Il y a donc évolution du système vers un nouvel état d’équilibre, s’opposant à la perturbation. Dans le cas présent, la base conjuguée de l’acide faible va consommer les ions hydronium H3O+, qui ont été ajoutés. Ainsi, l’ajout d’ions hydronium est minimisé. Pour réaliser une solution tampon de pH donné, il est conseillé de choisir un couple acido-basique de pK voisin du pH recherché. Le mélange acide-base : acide acétique - acétate , convient par exemple dans le cas d’un milieu tamponné à pH = 5. A pH = 9, on utilise plutôt le couple NH4+/ NH3. Applications :
Réponse: pH = pK + log [B] / [A] = 3,75 + log (0,1 / 0,4) = 3,14
Réponses :
Réponses :
et pH = pKe – pOH = 14 –2 = 12 (page 8)
Données : densité de la solution d’acide acétique pur d =1,049 g·mL-1 et masse molaire de l’acide acétique = 60,05 g·mol-1 Réponse : Par definition: pH = 4,50 = 4,8 + log ([CH3CO2Na]/[CH3CO2H]) Alors log [CH3CO2Na]/[CH3CO2H] = 4,5 – 4,8 = – 0,30 et donc [CH3CO2Na]/[CH3CO2H]= 10– 0,30 = 0,50 Prenons un mélange d’une mole d’acide acétique CH3CO2H et de 0,50 mole de sa base conjuguée CH3CO2Na, de façon à avoir le rapport égal à 0,50. Il faudra au total 1,50 mole de CH3CO2H (1 + 0,50). Pour obtenir le CH3CO2Na à partir de la solution d’acide pur, il faudra neutraliser l’acide acétique avec la soude NaOH à 1 M. Calculons le volume de solution d’acide acétique pur correspondant à 1,63 mole : 1,50 mol x 60,05 g·mol-1 / 1,049 g·mL-1 = 85,86 mL Pour obtenir 0,50 mole de CH3CO2Na, il faut autant de mole de NaOH: 0,50 mole de NaOH, soit 500 ml de la solution NaOH 1 M. Ainsi, il faudra ajouter 500 mL de la solution de NaOH à 1M à 85,86 mL de solution d’acide acétique pur. Cette solution sera ensuite diluée à 1 L avec de l’eau. II-3 RECAPITULATIF DES CALCULS DU pHA savoir
Tableau 2 : Les expressions du pH en fonction de l’espèce chimique Avec Ca : concentration en acide et Cb :concentration en base |
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